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為了開發(fā)利用三氟化氯氣體對碳化硅外延反應(yīng)器的原位清洗工藝，研究了去除磁化體上形成的碳化硅膜的蝕刻條件和工藝。通過將蝕刻溫度調(diào)節(jié)到330?C以下，可以去除所形成的碳化硅薄膜，而不會對基座造成明顯的損傷。利用化學(xué)氣相沉積（碳化硅）外延晶片4氫碳化硅（碳化硅），開發(fā)了目前和未來工業(yè)所需的動力電子器件，必須通過熱和等離子體增強CVD反應(yīng)器的反應(yīng)器清洗技術(shù)去除它們。本研究詳細(xì)研究了利用三氟氯氣體制備一種適用于所形成的碳化硅薄膜的碳化硅外延反應(yīng)器原位清洗工藝的化學(xué)反應(yīng)條件。
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圖1
圖1顯示了本研究中使用的反應(yīng)器,以尺寸為3cm×3cm的小碳板作為基座,本研究中使用的基座由高純碳制成，表面覆蓋碳化硅涂層，與工業(yè)CVD反應(yīng)堆相同,遵循4h碳化硅外延生長過程,在4h碳化硅襯底表面形成30-50μm厚的4h碳化硅外延薄膜。
為了進(jìn)行蝕刻，將具有碳化硅薄膜的基座插入到水平反應(yīng)器12中，如圖所示1，該反應(yīng)器由一個氣體供應(yīng)系統(tǒng)、一個石英室和六個紅外燈組成。供氣系統(tǒng)引入了三氟化氯氣和氮氣，該反應(yīng)器的橫截面較小，以實現(xiàn)三氟化氯氣體的高消耗效率。石英室的高度和寬度分別為10mm和40mm，磁座通過鹵素?zé)敉ㄟ^石英室壁發(fā)射的紅外線加熱，六盞紅外燈的功率根據(jù)之前在環(huán)境氮中測量的溫度進(jìn)行調(diào)整。
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圖2
圖2顯示了本研究中使用的典型過程。首先，將基座在環(huán)境氮氣中加熱到蝕刻所需的溫度。然后在不含氮氣的情況下，以100%和50-100sccm暴露于三氟氯氣,在將環(huán)境氣體從三氟化氯交換為氮氣以終止蝕刻后，將基座冷卻至室溫,在調(diào)整磁座溫度的同時，重復(fù)進(jìn)行了一組包括加熱、暴露和冷卻在內(nèi)的步驟。由于碳化硅薄膜的形狀和接觸條件可能會影響化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，使用掃描電鏡對碳化硅薄膜和磁座表面之間的評估。此外，還評價了電座上碳化硅涂層膜的表面形貌和厚度。?
另外評價了形成的碳化硅薄膜的厚度和接觸條件，然后，評價碳化硅膜和形成的碳化體表面產(chǎn)生的碳化硅涂層膜的平均蝕刻速率，三氟氯氣體在濃度100%、流量50sccm、大氣壓、溫度320?C下進(jìn)行蝕刻，通過蝕刻前后的重量下降來評價蝕刻速率，考慮到形成膜的不均勻性，本研究得到的蝕刻率為磁座表面的平均值。所形成的碳化硅膜的平均刻蝕速率為0.79μmmin?1，而碳化硅涂層膜的平均刻蝕速率為0.18μmmin?1。所形成的膜的蝕刻率大約是基座涂層膜的四倍。這表明，當(dāng)根據(jù)薄膜厚度及其表面狀況仔細(xì)調(diào)整蝕刻期時，可以進(jìn)行現(xiàn)場清洗。
由于覆蓋整個基座表面的頂層可以通過290?C快速刻蝕掉，所以這一層可能由富含硅的碳化硅組成，由于三氟化氯氣體的硅蝕刻速率相當(dāng)高，預(yù)計蝕刻速率會隨著硅含量的增加而增加，接下來，區(qū)域C被認(rèn)為是3C-碳化硅，因為黃色是3C-碳化硅的特征。?
雖然本研究假設(shè)了每一層的多聚型，但還需要通過x射線衍射法、x射線光電子顯微鏡和能量色散x射線光譜法等一些方法來確定，堆疊層結(jié)構(gòu)可隨反應(yīng)堆和工藝而發(fā)生變化，因此，聚型和成分的信息將有助于精細(xì)優(yōu)化清洗條件。在將清洗過程應(yīng)用于外延反應(yīng)器時，應(yīng)注意三氟氯氣體造成的氟污染。在外延生長過程中，將三氟氯氣體清洗的碳基體放置在4h-碳化硅襯底附近時，幸運的是，外延薄膜沒有明顯的污染。然而，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的評估。